EP3554987B1

EP3554987B1 - Füllelementanordnung sowie füllmaschine

Info

Publication number: EP3554987B1
Application number: EP17805132.2A
Authority: EP
Inventors: Bernd Bruch
Original assignee: KHS GmbH
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2016-12-13
Filing date: 2017-11-14
Publication date: 2024-04-10
Anticipated expiration: 2037-11-14
Also published as: EP3554987A1; WO2018108405A1; DE102016124216B3; SI3554987T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Füllelementanordnung zum Füllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Füllmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 12.
Füllelementanordnungen sowie Füllmaschinen zum Füllen von Flaschen oder dergleichen Behälter, insbesondere zum Druck- und/oder Freistrahlfüllen sind in verschiedenen Ausführungen bereits bekannt.
Aus der Druckschrift DE 10 2012 014 957 A1 ist ein Füllelement eines Füllsystems oder einer Füllmaschine zum Füllen von Dosen oder dergleichen Behältern mit einem flüssigen Füllgut bekannt, mit einem Füllelementgehäuse, welches an einem Gehäuseabschnitt wenigstens eine Abgabeöffnung zur gesteuerten Abgabe des Füllgutes in den jeweiligen Behälter aufweist, mit einer Abdichttulpe, die relativ zu dem Gehäuseabschnitt in einer Füllelementachse relativ zum Gehäuseabschnitt zwischen einer angehobenen Position und einer abgesenkten Position für eine Dichtlage gegen einen Öffnungsrand des Behälters bewegbar ist, sowie mit Dichtungsmitteln zum Abdichten des Übergangs zwischen der Abdichttulpe und dem Füllelementgehäuse.
Weiterhin bekannt ist aus der Druckschrift DE 10 2013 113 070 B3 ein Füllelement zum Füllen von Dosen oder dergleichen Behältern mit einem flüssigen Füllgut bekannt, mit einem Füllelementgehäuse, welches an einem Gehäuseabschnitt wenigstens eine Abgabeöffnung zur gesteuerten Abgabe des Füllgutes in den jeweiligen Behälter aufweist, mit einer Abdichttulpe, die mittels zumindest einem Steuermittel relativ zu dem Gehäuseabschnitt parallel zur Füllelementachse relativ zum Gehäuseabschnitt zwischen einer angehobenen Position und einer abgesenkten Position, bei der die Abdichttulpe in Dichtlage gegen einen Öffnungsrand des Behälters anliegt, bewegbar ist, wobei die Abdichttulpe mittels einem ersten Dichtelement mit dem Füllelementgehäuse zum Abdichten des Übergangs zwischen der Abdichttulpe und dem Füllelementgehäuse verbunden ist und wobei das erste Dichtelement zwischen dem Gehäuseabschnitt und dem Steuermittel vorgesehen ist.
Zur Einleitung der Hub- und/oder Senkbewegung zwischen der angehobenen und absenkten Position des Gehäuseabschnittes sind bei der Druckschrift DE 10 2013 113 070 B3 zusätzliche Betätigungselemente notwendig. Insbesondere sind hierfür zur äu-ßeren Übertragung bzw. Einleitung der Hubbewegung eine Pneumatikzylindereinrichtung sowie ein Hubgestänge mit einer aufwändigen Abdichtung der Stangebewegung notwendig, was zu einer insgesamt aufwändigen und damit teuren Konstruktion der Füllelementanordnung führt.
Ferner ist aus der Druckschrift WO2016/169925 A1 eine Vorrichtung bekannt, bei der die Außenflächen des Flüssigkeitskanals eines Behälterfüllventils durch ein elastisch verformbares Element umschlossen werden. Mehr im Detail ist dabei vorgesehen, dass das elastisch verformbare Element die Außenflächen des Flüssigkeitskanals mit etwas Abstand umschließt, wodurch sich ein ringförmiger Hohlraum zwischen dem Flüssigkeitskanal und dem elastisch verformbaren Element ergibt. Weiterhin sieht die technische Lehre der WO2016/169925 A1 vor, dass der ringförmige Hohlraum während der Befüllung von Behältern als Rückgaskanal genutzt wird. Als nachteilig an dieser, an sich überaus vorteilhaften Ausgestaltung herausgestellt, dass das elastisch verformbare Element, welches im Wesentlichen die Außenwandung des Rückgaskanals bildet, bei Druckschwankungen seine Gestalt stark ändern kann, wodurch der Füllprozess nachteilig beeinflusst wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demnach, eine Füllelementanordnung aufzuzeigen, die eine gegenüber dem Stand der Technik deutlich vereinfachte Hub- und/oder Senkbewegung zwischen der angehobenen und absenkten Position des Gehäuseabschnittes ermöglicht. Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Füllelementanordnung entsprechend den Merkmalen des Patentanspruches 1 ausgebildet. Eine Füllmaschine ist Gegenstand des Patentanspruches 12. Die jeweiligen Unteransprüche betreffen dabei besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Der wesentliche Aspekt der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, dass zumindest der dehn- oder verschiebbar ausgebildete Gehäusewandabschnitt aus einem ersten Dichtelement und einem zum ersten Dichtelement unter Belassung eines gasdichten Ringspaltes vorgesehenen zweiten Dichtelement gebildet ist, wobei der zwischen dem ersten und zweiten Dichtelement ausgebildete gasdichte Ringspalt zur Einleitung der gesteuerten Bewegen auf den zweiten Füllelementabschnitt mit einem gasförmigen Medium beaufschlagbar ist.
Insbesondere verzichtet damit die erfindungsgemäße Lösung auf eine äußere Übertragung bzw. Einleitung der Hubbewegung mittels einer Pneumatikzylindereinrichtung sowie eines Hubgestänges mit einer aufwändigen Abdichtung der Stangebewegung, indem die Hub- und/oder Senkbewegung durch eine Beaufschlagung des erfindungsgemäß vorgesehenen gasdichten Ringspaltes mit einem gasförmigen Medium auf den zweiten Füllelementabschnitt eingeleitet wird.
Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass das erste und/oder zweite Dichtelement faltenbalgartig ausgebildet ist. Vorteilhaft kann das untere Gehäuseelement mithin einteilig ausgebildet sein.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante weist das Füllelement im Bereich seines oberen Gehäuseelementes zumindest einen Gaskanal auf, der fluiddicht in das untere Gehäuseelement einmündet und zur Beaufschlagung des in dem unteren Gehäuseelementes ausgebildeten Ringspaltes mit dem gasförmigen Medium vorgesehen ist.
Weiterhin vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass der Ringspalt zur Einleitung einer Senkbewegbewegung des zweiten Füllelementgehäuseabschnittes in seine abgesenkte Position mit einem Überdruck beaufschlagbar ist. Auch kann der Ringspalt zur Einleitung einer Hubbewegbewegung des zweiten Füllelementgehäuseabschnittes in seine angehobene Position mit einem Unterdruck beaufschlagbar sein.
Wiederum bevorzugt kann der zweite Füllelementgehäuseabschnitt eine der Mündungsöffnung zugewandte erste Anlagenseite sowie eine der Mündungsöffnung abgewandte Anlagenseite aufweisen, wobei an der zweiten Anlagenseite eine Dichtungseinrichtung vorgesehen sein kann.
Nochmals vorteilhaft kann zur vertikalen Führung des zweiten Füllelementabschnittes zwischen der angehobenen und der abgesenkten Position entlang der Füllelementachse wenigstens eine Führungseinrichtung vorgesehen sein.
Dabei können auch mehrere Führungseinrichtungen in vorzugsweise gleichmäßigen Winkelabständen um die Füllelementachse angeordnet vorgesehen sein.
Bevorzugt kann die wenigstens eine Führungseinrichtung zumindest einen Führungsbolzen oder -stift aufweisen, der mit einem Führungsabschnitt in einer in dem zweiten Füllelementgehäuseabschnitt vorgesehenen Aussparung vertikalbeweglich zwischen einer angehoben und einer abgesenkten Position geführt ist.
Gemäß einer nochmals weiteren Ausführungsvariante kann die Führungseinrichtung wenigstens zwei gegenseitig vertikal zueinander verschiebbare, hülsenförmige Führungselemente aufweisen, die die Füllelementachse jeweils koaxial und vollumfänglich umschließen und den Ringspalt von einem drucklosen inneren Bereich gasdicht trennen.
Auch kann der zweite Füllelementgehäuseabschnitt von dem zweiten Führungselement gebildet sein. Schließlich kann das zweite Dichtelement von der Führungseinrichtung gebildet sein.
Der Ausdruck "im Wesentlichen" bzw. "etwa" bzw. "ca." bedeutet im Sinne der Erfindung Abweichungen vom jeweils exakten Wert um +/- 10%, bevorzugt um +/- 5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: in einer schematischen Schnittdarstellung eine erste Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Füllelementanordnung einer Füllmaschine zum Füllen von Behältern in abgesenkter Position
Fig. 2 in: einer schematischen Schnittdarstellung eine erfindungsgemäße Füllelementanordnung gemäß Figur 1 in angehobener Position
Fig. 3: eine schematische Draufsicht auf eine freigestellte Schnittdarstellung des dehn- oder verschiebbar ausgebildeten Gehäusewandabschnittes gemäß der Schnittlinie A-A der Fig.2
Fig. 4: in einer schematischen Schnittdarstellung eine weitere Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Füllelementanordnung einer Füllmaschine zum Füllen von Behältern in abgesenkter Position
Fig. 5: in einer schematischen Schnittdarstellung eine erfindungsgemäße Füllelementanordnung gemäß Figur 4 in angehobener Position.

Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden in den Figuren identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersichtlichkeit halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind.
In den Figuren 1 bis 5 ist mit 1 eine Füllelementanordnung mit einem Füllelement 2 zum Füllen von Behältern 3, beispielsweise in Form von Flaschen, mit einem flüssigen Füllgut dargestellt. Die dargestellten Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Füllmaschine in Rundläuferbauweise, was aber nicht zwingend ist. Es versteht sich von selbst, dass die vorliegende Erfindung auch für Füllmaschinen in Reihenfüller- oder Linearbauweise angewendet werden kann.
Insbesondere kann das Füllelement 2 der Füllelementanordnung 1 dabei zum Freistahlfüllen von Behältern 3 ausgebildet sein. Unter "Freistrahlfüllen" oder "Freistrahlbefüllung" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Füllverfahren verstanden, bei dem das flüssige Füllgut dem zu befüllenden Behälter 3 ab einem Flüssigkeitsventil 6 in einem freien Füllstrahl oder Füllgutstrahl zuströmt, wobei die Strömung des Füllgutes nicht durch Leitelemente wie z.B. Ableitschirme, Drallkörper, kurze oder lange Füllrohre beeinflusst oder verändert wird. Die Freistrahlfüllen kann dabei auf dem Fachmann bekannte Art und Weise sowohl drucklos, also auch unter Druck erfolgen. Bei der drucklosen Freistrahlfüllung weist der jeweilige zu füllende Behälter 3 während des Füllvorgangs Umgebungsdruck auf, wobei der Behälter 3 in der Regel mit seiner Behältermündung oder -öffnung nicht am Füllelement 2 anliegt, sondern von dem Füllelement 2 bzw. von einer vorgesehenen Abgabeöffnung 17 beabstandet ist. Liegt der Behälter 3 bei der drucklosen Freistrahlfüllung doch mit seiner Behältermündung am Füllelement 2 an, so stellt ein Gasweg 30 eine Verbindung zwischen dem Innenraum des Behälters 3 und der Umgebung her, wodurch eine drucklose Füllung ermöglicht wird. Bevorzugt entweicht über diesen Gasweg 30 auch das im Behälter 3 enthaltene und durch das in den Behälter 3 einströmende Getränk verdrängte Gas in die Umgebung. Erfolgt die Freistrahlfüllung unter einem vom Umgebungsdruck abweichenden Druck, welcher sowohl über, als auch unter dem Umgebungsdruck liegen kann, so wird der Behälter 3 mit seiner Mündung gegen das Füllelement 2 angepresst und abgedichtet, worauf der Druck im Innenraum des Behälters 3 anschließend durch Beaufschlagung mit einem Spanngas oder durch Beaufschlagung mit einem Unterdruck eingestellt wird. Alternativ ist ebenfalls vorgesehen, dass das Füllelement 2 gegen die Mündung des Behälters 3 angepresst wird, worauf sich ebenfalls eine Druckbeaufschlagung anschließt.
Die vorliegende Erfindung betrifft solche Ausführungsformen, bei denen das Füllelement 2, bzw. Teile davon gegen die Mündung des Behälters 3 angepresst werden, wobei der Behälter keine, oder im Wesentlichen keine Höhenbewegung in Richtung seiner Längsachse ausführt.
Die Füllelementanordnung 1 ist zusammen mit einer Vielzahl gleichartiger, weiterer Füllelementanordnungen 1 vorzugsweise in gleichen Winkelabständen am Umfang eines um eine vertikale Maschinenachse umlaufend antreibbaren Rotors 4 einer Füllmaschine umlaufender Bauart vorgesehen.
An dem nur teilweise dargestellten Rotor 4 befindet sich ein in den Figuren nicht dargestellter, für sämtliche Füllelementanordnungen 1 der Füllmaschine gemeinsamer, das Füllgut bereitstellender Füllgutkessel, beispielsweise in Form eines Ringkessels. Im Kessel können während des Füllbetriebs ein oberer Gasraum und ein unterer Flüssigkeitsraum ausgebildet sein. Dient die Füllelementanordnung 1 zum Druckabfüllen des flüssigen Füllgutes in die Behälter 3, so ist der Gasraum druckgesteuert mit einem unter einem Fülldruck stehenden Inertgas, beispielweise CO2-Gas, beaufschlagt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind weiterhin für sämtliche Füllelementanordnungen 1 ebenfalls gemeinsame Ringkanäle 5.1 sowie 5.2 vorgesehen, auf die später noch im Detail eingegangen wird. Auch die Anordnung von gemeinsamen Ringkanälen 5.1 und 5.2 ist nicht zwingend, alternativ können das Füllgut und/oder die Prozessgase auch direkt über mindestens einen Drehverteiler den Füllelementen 2 zugeführt oder von diesen abgeführt werden.
Das Füllelement 2 umfasst unter anderem ein in einem Füllelementgehäuse 19 aufgenommenes Flüssigkeitsventil 6, welches wenigstens ein Ventilgehäuse 7 umfasst. Das Ventilgehäuse 7 weist an der einer Abgabeöffnung 17 des Füllelements 2 zugewandten Seite eine Mündungsöffnung 8 auf. Zudem ist in dem Ventilgehäuse 7 ein beim Füllen von dem flüssigen Füllgut durchströmter Flüssigkeitskanal 9 ausgebildet, der in seinem oberen Bereich über eine Produktleitung 10 und ein Steuer- bzw. Flüssigkeitsventil 11 mit dem gemeinsamen Füllgutkessel verbunden ist. Im Detail mündet die Produktleitung 10 über eine in dem Ventilgehäuse 7 vorgesehene Eintrittsöffnung 7.1 in den Flüssigkeitskanal 9, deren Achse horizontal oder im Wesentlichen horizontal, d. h. senkrecht zur Füllelementachse FA orientiert ist, so dass das flüssige Füllgut bezogen auf die vertikale Maschinenachse in einer Strömungsrichtung radial nach außen in den Flüssigkeitskanal 9 eintritt.
Im Ventilgehäuse 7 und damit im Flüssigkeitskanal 9 ist weiterhin wenigstens ein Ventilkörper 12 vorgesehen, welcher bei der dargestellten Ausführungsform mit einem Ventilsitz 13 zusammenwirkt, so dass zum Öffnen und Schließen des Flüssigkeitsventils 6 insbesondere der Ventilkörper 12 in Richtung der vertikalen Füllelementachse FA aus der in der Fig. 2 dargestellten, das Flüssigkeitsventil 6 verschließenden Position nach oben in eine das Flüssigkeitsventil 6 öffnende Position, gezeigt in Figur 1, bewegbar ist. Der Ventilkörper 12 ist hierfür an einem sich von diesem jeweils vorzugsweise beidseitig achsgleich entlang der Füllelementachse FA erstreckenden und als Ventilstößel wirkenden Element 14, beispielsweise einem Rohr vorgesehen, welches mit seinem oberen, in der Figur 1 nicht näher dargestellten und abgedichtet aus dem Flüssigkeitskanal 9 herausgeführten Ende mit einer Betätigungseinrichtung 15 zusammenwirkt, die dazu eingerichtet ist, das Flüssigkeitsventil 6 insbesondere gesteuert und/oder geregelt zu öffnen und zu schließen.
Das Füllelementgehäuse 19 ist dabei aus einem oberen und einem unteren Gehäuseelement 19.1 und 19.2 gebildet, wobei das untere Gehäuseelement 19.2 die wenigstens eine Abgabeöffnung 17 zur Abgabe der Füllgutes in den jeweiligen Behälter 3 aufweist bzw. ausbildet. Dabei umfasst das untere Gehäuseelement 19.2 einen ersten, ortsfest angeordneten Füllelementgehäuseabschnitt 16.1 sowie einen zweiten, relativ dazu entlang der Füllelementachse FA zwischen einer in Figur 2 gezeigten angehobenen Position ANP und einer in Figur 1 gezeigten abgesenkten Position ABP bewegbaren Füllelementgehäuseabschnitt 16.2. Zwischen dem ersten und zweiten Füllelementgehäuseabschnitt 16.1 und 16.2 ist ein dehn- oder verschiebbar ausgebildeter Gehäusewandabschnitt 16.3 vorgesehen.
Vorzugsweise umschließt der dehn- oder verschiebbar ausgebildete Gehäusewandabschnitt 16.3 das Ventilgehäuse 7 gasdicht, wobei wenigstens ein Rückgaskanal 33 entlang der Füllelementachse FA beibehalten sein kann.
Dabei bildet der zweite Füllelementgehäuseabschnitt 16.2 die Abgabeöffnung 17, die zur Durchleitung des Füllgutes an den jeweiligen Behälter 3 dient. Insbesondere kann der zweite Füllelementgehäuseabschnitt 16.2 als Ringkörper mit einem in der geschnittenen Seitenansicht V-förmigen Querschnitt ausgebildet sein. Der zweite Füllelementgehäuseabschnitt 16.2 kann damit sowohl an einer der Mündungsöffnung 8 zugewandten ersten Anlagenseite 16.21, als auch einer der Behältermündung 3.2 zuweisenden zweiten Anlagenseite 16.22 jeweils als Konus, bzw. Konus artig ausgebildet sein. Damit kann der zweite Füllelementgehäuseabschnitt 16.2 als Zentriereinheit ausgebildet sein, der die Behältermündung 3.1 eines Behälters 3 zentriert und in der absenkten Position ABP mit der zweiten Anlagenseite 16.22 in Dichtlage mit der Behältermündung 3.2 gelangt. Hierfür kann die zweite Anlagenseite 16.22 aus einem gummiartigen Material zur Abdichtung der in Dichtlage anliegenden Behältermündung 3.2 ausgebildet sein, oder eine Dichteinrichtung, beispielsweise eine umlaufende Gummidichtung, insbesondere eine Ringdichtung, aufweisen.
Der erste, ortsfeste Füllelementgehäuseabschnitt 16.1 des unteren Gehäuseelementes 19.2 kann dabei ortsfest an der Unterseite des oberen Gehäuseelementes 19.1 angeordnet, insbesondere mit diesem fest verbunden, beispielsweise verklebt, sein. Alternativ oder zusätzlich kann der erste, ortsfeste Füllelementgehäuseabschnitt 16.1 des unteren Gehäuseelementes 19.2 auch ganz oder teilweise an dem Rotor 4 und/oder dem Füllelementträger 40 angeordnet, insbesondere fest mit diesem verbunden, beispielsweise verklebt, sein.
Erfindungsgemäß ist zumindest der dehn- oder verschiebbar ausgebildete Gehäusewandabschnitt 16.3 aus einem ersten Dichtelement 20 und einem, zum ersten Dichtelement 20 unter Belassung eines gasdichten Ringspaltes 22 vorgesehenen zweiten Dichtelement 21 gebildet, wobei der, zwischen dem ersten und zweiten Dichtelement 20, 21 ausgebildete gasdichte Ringspalt 22, zur Bewirkung der gesteuerten Bewegen, zumindest auf den zweiten Füllelementabschnitt 16.2 mit einem gasförmigen Medium beaufschlagbar ist.
Dabei können das erste und/oder das zweite Dichtelement 20, 21 als Faltenbalg und/oder Rollmembran ausgebildet sein, so dass sich zwischen dem ersten, inneren und dem zweiten, äußeren Dichtelement 20, 21 der Ringspalt 22 ausbildet, der beispielweise ein Ringkanal sein kann. Bei dem dehn- oder verschiebbaren Gehäusewandabschnitt 16.3 kann es sich also um ein flexibles, d. h. elastisch verformbares, Bauteil handeln. Insbesondere kann der dehn- oder verschiebbare Gehäusewandabschnitt 16.3 sowohl mit dem ersten Füllelementgehäuseabschnitt 16.1 sowie auch dem zweiten Füllelementgehäuseabschnitt 16.2 gas- und/oder flüssigkeitsdicht verbunden, beispielweise verklebt, sein.
Es kann dabei vorgesehen sein, dass das untere Gehäuseelement 19.2 einteilig, insbesondere einstückig, ausgebildet ist und dabei beispielsweise mittels eines Spritzgussverfahrens hergestellt wird. Wie bereits dargestellt, bestehen für die Befestigung des ersten Füllelementgehäuseabschnitts 16.1 des unteren Gehäuseelementes 19.2 am dem oberen Gehäuseelement 19.1 auch andere Möglichkeiten.
Dabei weist das Füllelement 2 vorzugsweise im Bereich seines oberen Gehäuseelementes 19.1 einen Gaskanal 23 auf, der fluiddicht in das untere Gehäuseelement 19.2 einmündet und der zur Beaufschlagung des in dem unteren Gehäuseelementes 19.2 ausgebildeten Ringspaltes 22 mit einem gasförmigen Medium vorgesehen ist. In anderen Worten kann also der Ringspalt 22 über den Gaskanal 23 mit dem gasförmigen Medium beaufschlagt werden. Insbesondere kann der Ringspalt 22 über den Gaskanal 23 mit einem gegenüber dem Atmosphärendruck erhöhter Druck (Überdruck) und/oder einem gegenüber dem Atmosphärendruck erniedrigten Druck (Unterdruck) beaufschlagt werden. Besonders bevorzugt mündet der Gaskanal 23 über den ersten, ortsfesten Füllgehäuseabschnitt 16.1 in den dehn-oder verschiebbaren Füllelementabschnitt 16.2, der den entlang der Füllelementachse FA dehn- oder verschiebbaren Ringspalt 22 ausbildet. Zur Versorgung des Gaskanals 23 mit dem gasförmigen Medium kann dieser (Gaskanal 23) fluiddicht mit einer beispielwiese flexiblen Steuerleitung 24 verbunden, insbesondere angeschlossen, sein, wobei die Steuerleitung 24 ihrerseits mit einer nicht darstellten Gasversorgungseinrichtung verbunden ist. Es versteht sich von selbst, dass zur Bewirkung der Bewegungen anstatt, wie oben dargestellt, eines Gases auch eine Flüssigkeit verwendet werden kann.
Wird der Ringspalt 22 mit einem Überdruck beaufschlagt, so bewegt sich der zweite Füllelementabschnitt 16.2 in seine abgesenkte Position ABP (gezeigt in Fig. 1), wohingegen bei Beaufschlagung des Ringspaltes 22 mit einem Unterdruck der zweite Füllelementabschnitt 16.2 in seine angehobene Position ANP (gezeigt in Fig. 2) bewegt wird. Es wird also über eine Beaufschlagung des Ringspaltes 22 mit einem gasförmigen Medium eine Hub- bzw. Senkbewegung in den zweiten Füllelementabschnitt 16.2 eingeleitet. Insbesondere kann es sich bei dem gasförmigen Medium um Druckluft handeln.
Weiterhin kann zur vertikalen Führung des zweiten Füllelementabschnittes 16.2 zwischen der angehobenen und der abgesenkten Position ABP, ANP entlang der Füllelementachse FA wenigstens eine Führungseinrichtung 25, beispielweise ein Führungsbolzen oder -stift 26, vorgesehen sein. Der wenigstens eine Führungsbolzen oder -stift 26 kann dabei mit seiner ersten freien Stirnseite 26.1 an der Unterseite des oberen Gehäuseelementes 19.1 angeordnet, insbesondere befestigt, beispielsweise verklebt, verlötet oder verschweißt, sein, während der entsprechende Führungsbolzen oder -stift 26 im Bereich seiner der ersten freien Stirnseite 26.1 gegenüberliegenden zweiten freien Stirnseite 26.2 einen Führungsabschnitt 26.3 ausbildet, der den zweiten Füllelementabschnitt 16.2 axial führt. Vorzugsweise weist die Führungseinrichtung 25 hierfür in dem zweiten Füllelementabschnitt 16.2 eine Aussparung 27, beispielweise in Form eines Sackloches oder in Form einer Ringnut, auf, mittels welcher der korrespondierende Führungsabschnitt 26.3 eines entsprechenden Führungsbolzens oder -stiftes 26 zwischen der angehobenen und der abgesenkten Position ABP, ANP vertikal geführt ist. Die Tiefe der Aussparung 27 ist dabei derart bemessen, dass die zweite freie Stirnseite 26.2 im Bereich des Führungsabschnitt 26.3 zwischen der angehobenen und der abgesenkten Position ABP, ANP dauerhaft in der Aussparung 27 geführt ist, also mit der Aussparung 27 in Eingriff steht. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass der Führungsbolzen oder -stift 26 an seiner zweiten freien Stirnseite 26.2 einen Anschlag für die angehobene Position ANP ausbildet, also in der angehobenen Position ANP kontaktschlüssig an Aussparung 27 anliegt.
Dabei können mehrere derart ausgebildete Führungseinrichtungen 25 in vorzugsweise gleichmäßigen Winkelabständen um die Füllelementachse FA angeordnet vorgesehen sein. Wie in Figur 3 ersichtlich, können besonders vorteilhaft sechs derartige Führungseinrichtungen 25 vorgesehen sein.
In den Figuren 4 und 5 ist eine weitere Ausführungsvariante einer erfindungsgemä-ßen Füllelementanordnung 1' einer Füllmaschine zum Füllen von Behältern 3 in abgesenkter Position ABP (Figur 4) bzw. einer angehobenen Position ANP (Figur 3) gezeigt. Diese Ausführungsvariante unterscheidet sich im Wesentlichen von der Ausführungsvariante der Figuren 1 bis 3 durch eine alternative Ausgestaltung des Flüssigkeitsventils 6', das dem Fachmann jedoch in dieser alternativen Ausgestaltung bekannt ist und daher auf eine weitergehende Erläuterung des selbigen verzichtet wird, sowie in einer alternativen Ausgestaltung der wenigstens einen Führungseinrichtung 25'.
Auch bei dieser Ausführungsvariante der Figuren 4 und 5 ist zumindest der dehn-oder verschiebbar ausgebildete Gehäusewandabschnitt 16.3 aus einem ersten Dichtelement 20 und einem zum ersten Dichtelement 20 unter Belassung eines gasdichten Ringspaltes 22 vorgesehenen zweiten Dichtelement 21 gebildet, wobei der zwischen dem ersten und zweiten Dichtelement 20, 21 ausgebildete gasdichte Ringspalt 22 zur Einleitung der gesteuerten Bewegen auf den zweiten Füllelementabschnitt 16.2 mit einem gasförmigen Medium beaufschlagbar ist.
Dabei kann das erste und/oder das zweite Dichtelement 20, 21 als Faltenbalg und/oder Rollmembran ausgebildet sein, so dass sich zwischen dem ersten und dem zweiten Dichtelement 20, 21 der Ringspalt 22 ausbildet, der beispielweise ein Ringkanal sein kann. Insbesondere bildet sich der mit dem gasförmigen Medium beaufschlagbare Ringspalt 22 zwischen dem ersten Dichtelement 20 und der wenigstens einen Führungseinrichtung 25' zur vertikalen Führung des zweiten Füllelementabschnittes 16.2 zwischen der angehobenen und der abgesenkten Position ABP, ANP entlang der Füllelementachse FA aus. Die wenigstens eine Führungseinrichtung 25' ist dabei dazu ausgebildet, den druck- und/oder flüssigkeitsdichten freien Raum zwischen dem ersten und zweiten Dichtelement 20, 21 in einen mit dem gasförmigen Medium beaufschlagbare Ringspalt 22 sowie in einen drucklosen inneren Bereich 28 gegenseitig gasdicht abzutrennen.
Hierfür kann die Führungseinrichtung 25' wenigstens zwei gegenseitig vertikal zueinander verschiebbare, hülsenförmige Führungselemente 29.1, 29.2 aufweisen, die die Füllelementachse FA jeweils vorzugsweise koaxial und vollumfänglich umschie-ßen und den freien Raum zwischen dem ersten und zweiten Dichtelement 20, 21 in den Ringspalt 22 sowie den drucklosen inneren Bereich 28 gasdicht abtrennen. Zur vertikalen, gegenseitig abgedichteten Verschiebung der beiden hülsenförmigen Führungselemente 29.1, 29.2 zueinander kann eine vorzugsweise vollumfänglich um die Füllelementachse FA umlaufende Schiebedichtung 29.3 vorgesehen sein, die die gegenseitige vertikale, gasdichte Verschiebung der beiden Führungselemente 29.1, 29.2 relativ zueinander ermöglicht. Insbesondere können die beiden Führungselemente 29.1, 29.2 als relativ vertikalbewegliche, ineinandergesteckte Führungshülsen ausgebildet sein, die sich beispielsweise über Führungsbänder gegenseitig abstützen und über die Schiebdichtung 29.3 den Ringspalt 22 von dem drucklosen inneren Bereich 28 gasdicht abtrennen. Das erste Führungselement 29.1 ist dabei an der Unterseite des oberen Gehäuseelementes 19.1 angeordnet, insbesondere befestigt, beispielsweise verklebt, verlötet oder verscheißt. Hierfür kann das erste Führungselement 29.1 einen Flanschabschnitt ausbilden, bzw. aufweisen, über den der Gaskanal 23 in den Ringspalt 22 mündet.
Im Überlappungsbereich der beiden Führungselemente 29.1, 29.2 kann ein Arbeitsraum 50 für wenigstens eine Feder 51, insbesondere eine Druckfeder, vorgesehen sein, die in diesem Arbeitsraum 50 eingespannt, insbesondere unter Vorspannung der Druckfeder, aufgenommen ist. Der Arbeitsraum 50 kann über eine Durchbrechung 52 mit dem drucklosen inneren Bereich 28 derart verbunden sein, dass bei Einleitung einer Hub- und/oder Senkbewegung des zweiten Füllelementgehäuseabschnitt 16.2 ein Druckausgleich zwischen dem Arbeitsraum 50 und dem drucklosen Bereich 28 stattfindet. Insbesondere kann der zweite Füllelementgehäuseabschnitt 16.2 von der Führungseinrichtung 25' gebildet sein, und zwar insbesondere von dem zweiten Führungselement 29.2. Dabei kann der Füllelementgehäuseabschnitt 16.2 an seiner zweiten Anlagenseite 16.22 eine Dichtungseinrichtung 18, beispielweise eine Dichtlippe, aufweisen, damit der jeweilige Behälter 3 in der abgesenkten Position ABP mit seiner Behältermündung 3.1 in Dichtlage gelangt.
In einer nicht dargestellten Ausführungsvariante ist auch das zweite Dichtelement 21 von der Führungseinrichtung 25' gebildet und damit lediglich der erfindungswesentliche Ringspalt 22 zwischen dem ersten Dichtelement 20 und der Führungseinrichtung 25' vorgesehen.
Weiterhin sind in sämtlichen Ausführungsvarianten der Füllelemente 2 weiterhin, wie aus dem Stand der Technik bekannt, verschiedene Gaskanäle 30 bzw. Strömungswege ausgebildet, die durch beispielsweise im nicht aktivierten Zustand geschlossene Steuerventile 31 und 32 steuerbar sind und so unter anderem einen Strömungsweg über den Rückgaskanal 33 durch Aktivieren bzw. Öffnen des Steuerventils 31 mit dem als beispielweise Entlastungskanal ausgebildeten Ringkanal 5.2 verbunden werden kann, sowie ein weiterer Strömungsweg, über den durch Aktivieren bzw. Öffnen des Steuerventils 32 der Rückgaskanal 33 mit dem als beispielsweise Spanngaskanal ausgebildeten Ringkanal 5.1 verbunden werden kann. Über die gesteuerten Strömungswege 30 mittels der Steuerventile 31 und 32 kann auch bei mit einem Verschluss oder mit einer Spülkappe bzw. CIP-Kappe verschlossenem Ringraum und bei geöffneten Flüssigkeitsventil 6 sowie geöffneten Steuerventil 11 eine intensive CIP-Reinigung und/oder Sterilisation der Füllelemente 2 der Füllmaschine möglich.
Für die in den Figuren 1 sowie 4 dargestellte Druckbefüllung wird der höhenbeweglich ausgebildete zweite Füllgehäuseabschnitt 16.2 in seine in Dichtlage mit der Behältermündung 3.1 gelangende abgesenkte Position ABP verfahren. Damit wird durch den zweiten Füllelementgehäuseabschnitt 16.2 insbesondere der Rückgaskanal 33 für einen strömenden Gasweg 30 frei gegeben. Beim Herabfahren in seine abgesenkte Position ABP zentriert der als Konus ausgebildete zweite Füllelementgehäuseabschnitt 16.2 die Behältermündung 3.1 insbesondere mittels der zweiten Anlagenseite 16.22, bevor er mit bzw. an der Behältermündung 3.1 in Dichtlage gelangt. Hierfür wird der Ringspalt 22 mit einem Überdruck beaufschlagt. Beim Druckbefüllen erfolgt vor der eigentlichen Füllphase zumindest ein Vorspannen des Behälters 3 mit dem unter Druck stehenden Inertgas, welches bei geöffneten Steuerventil 32 aus dem als Spanngaskanal ausgebildeten Ringkanal 5.2 und den Gaskanal 30 in den in Dichtlage am Füllelement 2 angeordneten Behälter 3 strömt. Während der anschließenden Füllphase und dabei insbesondere während der Schnellfüllphase bei geöffnetem Flüssigkeitsventil 6 wird das Inertgas, welches von dem in den Behälter 3 zufließenden Füllgut aus dem Behälterinnenraum zunehmend verdrängt wird, über den Rückgaskanal 33 und sich daran anschließenden Gaskanal 30 und das geöffnete Steuerventil 31 dem als Entspannungskanal ausgebildeten Ringkanal 5.1 zurückgeführt.
Die Erfindung wurde voranstehend an mehreren Ausführungsbeispielen beschrieben.
Es versteht sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung von selbst, dass, wie bereits weiter oben dargestellt, anstatt eines Gases auch eine Flüssigkeit zur Bewirkung der Bewegungen verwendet werden kann. Somit ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter der Formulierung "Gasdicht" immer auch "Fluiddicht" und/oder "Flüssigkeitsdicht" zu verstehen. Analog ist unter einem "gasförmigen Medium" immer auch ein "flüssiges Medium" zu verstehen.

Bezugszeichenliste

1,1': Füllelementanordnung
2: Füllelement
3: Behälter
3.1: Behältermündung
3.2: Mündungsflansch
4: Rotor
5.1: Ringkanal
5.2: Ringkanal
6, 6': Flüssigkeitsventil
7: Ventilgehäuse
7.1: Eintrittsöffnung
8: Mündungsöffnung
9: Flüssigkeitskanal
10: Produktleitung
11: Steuerventil
12: Ventilkörper
13: Ventilsitz
14: Element
15: Betätigungseinrichtung
16: Füllelementgehäuse
16.1: erste Füllelementgehäuseabschnitt
16.2: zweite Füllelementgehäuseabschnitt
16.21: erste Anlagenseite
16.22: zweite Anlagenseite
16.3: Gehäusewandabschnitt
17: Abgabeöffnung
18: Dichtungseinrichtung
19: Füllelementgehäuse
19.1: oberes Gehäuseelement
19.2: unteres Gehäuseelement
20: erstes Dichtelement
21: zweites Dichtelement
22: Ringspalt
23: Gaskanal
24: Steuerleitung
25, 25': Führungseinrichtung
26: Führungsbolzen oder -stift
26.1: erste freie Stirnseite
26.2: zweite freie Stirnseite
26.3: Führungsabschnitt
27: Aussparung
28: innerer Bereich
29.1: erstes Führungselement
29.2: zweites Führungselement
29.3: Schiebedichtung
30: Gaskanäle bzw. Gasweg
31: Steuerventil
32: Steuerventil
33: Rückgaskanal
34: Behälterträger
35: Führungsstange

50: Arbeitsraum
51: Feder
52: Durchbrechung

FA: Füllelementachse
ANP: angehobene Position
ABP: abgesenkte Position

Claims

Füllelementanordnung (1,1') zum Füllen von Behältern (3) mit einem flüssigen Füllgut, umfassend wenigstens ein Füllelement (2) mit zumindest einem Füllelementgehäuse (19), welches aus wenigstens einem oberen und einem unteren Gehäuseelement (19.1, 19.2) gebildet ist und an dem unteren Gehäuseelement (19.2) wenigstens eine Abgabeöffnung (17) zur Abgabe des Füllgutes in den jeweiligen Behälter (3) aufweist, mit einem Flüssigkeitsventil (6) zur Steuerung der Abgabe des Füllgutes, wobei das Flüssigkeitsventil (6, 6') wenigstens ein Ventilgehäuse (7) aufweist, das an der der Abgabeöffnung (17) zugewandten Seite eine Mündungsöffnung (8) aufweist, wobei in dem Ventilgehäuse (7) wenigstens ein beim Füllen von dem flüssigen Füllgut durchströmter Flüssigkeitskanal (9) sowie ein Ventilkörper (12) vorgesehen ist, wobei der Ventilkörper (12) zur Steuerung der Abgabe des Füllgutes innerhalb des Ventilgehäuses (7) zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung bewegbar ist, wobei das untere Gehäuseelement (19.2) einen ersten, ortsfest angeordneten Füllelementgehäuseabschnitt (16.1) sowie einen zweiten, relativ dazu entlang einer Füllelementachse (FA) zwischen einer angehobenen Position (ANP) und einer abgesenkten Position (ABP) gesteuert bewegbaren Füllelementgehäuseabschnitt (16.2) aufweist, wobei zwischen dem ersten und zweiten Füllelementgehäuseabschnitt (16.1, 16.2) ein das Ventilgehäuse (7) entlang der Füllelementachse (FA) gasdicht umschließend sowie dehn- oder verschiebbar ausgebildeter Gehäusewandabschnitt (16.3) vorgesehen ist, und der zweite Füllelementgehäuseabschnitt (16.2) die Abgabeöffnung (17) bildet, wobei zumindest der dehn- oder verschiebbar ausgebildete Gehäusewandabschnitt (16.3) aus einem ersten Dichtelement (20) und einem zum ersten Dichtelement (20) unter Belassung eines gasdichten Ringspaltes (22) vorgesehenen zweiten Dichtelement (21) gebildet ist, und wobei das erste und/oder zweite Dichtelement (20, 21) faltenbalgartig ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen dem ersten und zweiten Dichtelement (20, 21) ausgebildete gasdichte Ringspalt (22) zur Einleitung der gesteuerten Bewegung auf den zweiten Füllelementabschnitt (16.2) mit einem gasförmigen Medium beaufschlagbar ist, und dass zur vertikalen Führung des zweiten Füllelementabschnittes (16.2) zwischen der angehobenen und der abgesenkten Position (ABP, ANP) entlang der Füllelementachse (FA) wenigstens eine Führungseinrichtung (25, 25') vorgesehen ist.
Füllelementanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das untere Gehäuseelement (19.2) einteilig ausgebildet ist.
Füllelementanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllelement (2) im Bereich seines oberen Gehäuseelementes (19.1) zumindest einen Gaskanal (23) aufweist, der fluiddicht in das untere Gehäuseelement (19.2) einmündet und zur Beaufschlagung des in dem unteren Gehäuseelementes (19.2) ausgebildeten Ringspaltes (22) mit dem gasförmigen Medium vorgesehen ist.
Füllelementanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringspalt (22) zur Einleitung einer Senkbewegbewegung des zweiten Füllelementgehäuseabschnittes (16.2) in seine abgesenkte Position (ABP) mit einem Überdruck beaufschlagbar ist.
Füllelementanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringspalt (22) zur Einleitung einer Hubbewegbewegung des zweiten Füllelementgehäuseabschnittes (16.2) in seine angehobene Position (ANP) mit einem Unterdruck beaufschlagbar ist.
Füllelementanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Füllelementgehäuseabschnitt (16.2) eine der Mündungsöffnung (8) zugewandte erste Anlagenseite (16.21) sowie eine der Mündungsöffnung (8) abgewandte Anlagenseite (16.22) aufweist, wobei an der zweiten Anlagenseite (16.22) eine Dichtungseinrichtung (18) vorgesehen ist.
Füllelementanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Führungseinrichtungen (25) in vorzugsweise gleichmäßigen Winkelabständen um die Füllelementachse (FA) angeordnet vorgesehen sind.
Füllelementanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Führungseinrichtung (25) zumindest einen Führungsbolzen- oder -stift (26) aufweist, auf dessen Führungsabschnitt (26.3) der zweite Füllelementgehäuseabschnitt (16.2) mittels einer im zweiten Füllelementgehäuseabschnitt (16.2) vorgesehenen Aussparung (27) vertikal beweglich zwischen einer angehoben und einer abgesenkten Position (ABP; ANP) geführt ist.
Füllelementanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungseinrichtung (25') wenigstens zwei gegenseitig vertikal zueinander verschiebbare, hülsenförmige Führungselemente (29.1, 29.2) aufweist, die die Füllelementachse (FA) jeweils koaxial und vollumfänglich umschließen und den Ringspalt (22) von einem drucklosen inneren Bereich (28) gasdicht trennen.
Füllelementanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Füllelementgehäuseabschnitt (16.2) von dem zweiten Führungselement (29.2) gebildet ist.
Füllelementanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Dichtelement (21) von der Führungseinrichtung (25') gebildet ist.
Füllmaschine zum Füllen von Behältern (3) mit einem flüssigen Füllgut mit einer Vielzahl von Füllelementanordnungen (1) vorzugsweise am Umfang eines um eine vertikale Maschinenachse umlaufend antreibaren Rotors, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllelementanordnungen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet sind